Лекция 2. Стандартизация свойств. Физические, механические, физико-химические

и надежность
2.1. Стандартизация свойств. Марки материалов

Свойства

материалов оценивают количественно – по числовым показателям, устанавливаемым по специальным методикам, предусмотренным государственными стандартами и техническими условиями (ГОСТ, ТУ). Основные положения строительного проектирования, производства строительных работ и требования к строительным материалам и изделиям регламентируется строительными нормами и правилами (СНиП), обязательными для всех организаций и предприятий.
В стандартах и СНиПах требования к свойствам материалов выражены в виде марок и классов этих материалов. Деление на марки обычно осуществляется по показателю основного свойства материала, зависящего от условий его эксплуатации в сооружении. Деление на марки по прочности является основным для материалов и изделий, из которых изготавливаются несущие конструкции. СНиП устанавливает единую шкалу марок (классов) по пределу прочности на сжатие (МПа) 0,4:0,7:1,0:1,5:2,5:5,0 – 100. Для теплоизоляционных материалов таким признаком является средняя плотность , для материалов гидротехнических сооружений – морозостойкость (количество циклов) и т.д.

и истинной плотностью, пористостью.
2.2.1. Истинная плотность
Истинная плотность -

плотность материала без пор и пустот ,

определяемая как отношение массы материала к объему без учета пор, пустот и полостей:

(2.1)

где: m - масса порошка материала;
V - объем порошка (материала).
Истинная плотность справочная величина (гранит – 2,65-2,8 кг/м3; бетон 2,6 – 2,7 кг/м3; керамический кирпич 2,65-2,7 кг/м3).
2.2.2. Средняя плотность
Средняя плотность - плотность образца материала с порами и пустотами (в естественном состоянии). Единицы измерения те же, что и для истинной плотности:
, (2.2)

где: m - масса материала;
- объем материала с порами и пустотами.
Средняя плотность некоторых материалов: гранит – 2,6-2,8 кг/м3; тяжелый бетон 2,0-2,4 кг/м3 ; керамический кирпич 1,6-1,8 кг/м3.
Средняя плотность материала – важная характеристика при расчете прочности сооружения с учетом собственного веса, для определения способа и стоимости перевозки материала, для расчета складов и подъемно-транспортных механизмов. По величине средней плотности косвенно судят о некоторых других свойствах материала.
2.2.3.Насыпная плотность
Насыпная плотность - плотность материала в насыпном состоянии. Единицы измерения те же, что и для истинной плотности:
, (2.3)
где:
- масса насыпного объема материала;
- насыпной объем материала.
Насыпную плотность определяют для сыпучих материалов (песка, щебня, цемента и т.п.). В ее величине отражается не только влияние пор в каждом зерне, но и межзерновых пустот в рыхлонасыпном объеме материала.

отношение средней плотности материала к плотности жидкости, как правило, воды

при . Относительная плотность безразмерная величина:
. (2.4)

2.2.5. Пористость

Пористость П – относительная величина, показывающая, какая часть объема материала занята внутренними порами размером не более 1…3 мм. Единицы измерения: доли единицы, %:

(2.5);

(2.6).

С пористостью материала связаны такие физические показатели:
прочность,
водопоглощение,
морозостойкость,
теплопроводность и т.д.
Поры могут быть закрытыми (недоступными для заполнения водой) и открытыми.

– это способность материала поглощать водяные пары из воздуха.
2.2.7. Капиллярное

смачивание
Капиллярное смачивание пористых материалов происходит за счет поднятия уровня влаги в капиллярах, когда частицы материала (конструкции) находятся в воде (пример – грунтовые воды при отсутствии гидроизоляции приводит к замачиванию нижних частей здания). Капиллярное смачивание характеризуется высотой поднятия воды, объемом поглощенной воды и интенсивностью смачивания.
2.2.8. Водопоглощение.
Водопоглощение свойство материала поглощать и удерживать воду при непосредственном с ней соприкосновением, %:
; (2.5)

, (2.6)
где:
- плотность воды;
- масса образца соответственно в насыщенном водой и сухом состоянии, г.

материале к массе сухого материала в естественных условиях, %:

, (2.7)
где:
- масса водонасыщенного материала;
- масса сухого материала.
2.2.11. Водостойкость

Водостойкость – способность материала сохранять прочность при временном или постоянном увлажнении. Численной характеристикой водостойкости является коэффициент размягчения , который изменяется от нуля (материал полностью размокает) до единицы. При материал считают водостойким:
, (2.8)
где:
- предел прочности при сжатии водо-насыщенного и сухого материала, соответственно.

2.2.12. Влагоотдача

Влагоотдача – это способность материала отдавать воду с изменением температуры и влажности окружающей среды. Эта способность характеризуется интенсивностью потери влаги за сутки при относительной влажности окружающей среды 60% и t=20 С.

при определенном гидростатическом давлении.

2.2.14. Паропроницаемость

Паропроницаемость – это способность материала

пропускать водяной пар при наличии разности давления возле поверхности раздела
2.2.14. Гидрофильность

Гидрофильность – способность материала связывать воду и смачиваться водой.

2.2.15. Гидрофобность

Гидрофобность – это способность материала не смачиваться водой (отталкивать воду)

материала изменять свой объем, происходящий при смене влажности, что может

привести к структурным напряжениям в материале.
Свойства материала при насыщении водой увеличиваться в объеме называется набуханием (глина, древесина).
С уменьшением влажности (высыханием) некоторые материалы дают усадку, т.е. уменьшаются в объеме и размерах, что может вызвать появление трещин (кирпия-сырец, бетон).
Эту особенность необходимо учитывать, выбирая условия хранения и применения в строительстве таких материалов.

2.2.17. Морозостойкость

Морозостойкость – способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многоразовое попеременное замораживание и оттаивание без уменьшения прочности при сжатии и потерь массы в нормальных условиях.
Материал считают выдержавшим испытания, если потеря массы образцов составляет не более 5 %, а прочность снижается не более чем на 15 %.

Марка по морозостойкости характеризуется оптимальным числом циклов замораживания – оттаивания, которое выдерживает исследуемый материал. Например, кирпич керамический выпускают марок F15, F25, F35, F50 (цифры обозначают число циклов).
Наиболее морозостойкие материалы – плотные материалы с низким водопоглащением, однородные по структуре.